بخشی از مقاله
چکیده
لایه های نازک اکسید قلع - SnO2 - به روش اسپری پالیرولیز بر روی زیرلایه شیشه لایه نشانی شدند. دراین تحقیق، تاثیر تغییرات حجم محلول اسپری بر مورفولوژی سطح، خواص ساختاری، الکتریکی و اپتیکی مورد بررسی قرارگرفت. تصاویر FESEM تغییرات افزایشی ضخامت به همراه شکل گیری دانه هایی به شکل چند وجهی را در لایه های سنتز شده نشان داد. الگوی XRD نشان داد نمونه ها به صورت بس بلوری، تک فاز با ساختار چهارگوشی هستند.
تحلیل داده های آزمایش اثر هال نشان داد با افزایش حجم محلول، مقاومت ویژه الکتریکی نمونه ها از 20 به 3/3 P . FP رو به کاهش گذارده و تراکم الکترونی از حدود 1019 به 1020 cm-3 افزایش یافته اند. تحلیل داده های طیف عبور اپتیکی نشان داد که با افزایش حجم محلول از میزان عبور لایه ها کاسته شده و گاف نواری آنها از 3/9 به 2/9 eV، به علت حضور ناراستی های بلوری و تشکیل دنباله نواری، کاهش یافته اند.
مقدمه
اکسید قلع - SnO2 - یکی از ترکیبات مهم در گروهاکسیدهای فلزی نیمرسانا با رسانندگی الکتریکی نوع n با گاف انرژی پهن - در گستره ی حدود - 2/8-4/2 eV همچنین با ساختار های بلوری مختلف آمورف و یا بسبلوری در فاز چهارگوشی میباشد لایه های نازک این ماده در شرایط تناسب عنصری دارای مقاومت الکتریکی بسیار بالاست اما به علت حضور ناراستی های بلوری نظیر تهیجاهای اکسیژن و اتم های قلع بین جایگاهی غیره می توانند دارای رسانندگی الکتریکی نسبتا بالا به همراه عبور نوری نسبتا بالا در ناحیه مرئی شوند 2] و .[3 این لایه ها در حسگرهای گازی، یکسوساز نورافشان - دیود نور گسیل - کاربرد داشته باشد و لایه نشانی آن از روش های مختلفی چون تبخیر شیمیایی، سل-ژل، کند و پاش واسپری پالیرولیز باشد .
هدف ما دراین تحقیق بررسی تغییرات حجم محلول اسپری بر لایه های نازک SnO2 و مطالعه این تغییرات بر مورفولوژی سطح وهمچنین خواص ساختاری، اپتیکی و الکتریکی این لایه های نازک می باشد.
روش آزمایش
لایه های نازک اکسید قلع به روش اسپری پالیرولیز بر روی زیرلایه شیشه تهیه شدند. ابتدا زیرلایه ها شسته شده و سپس در آب مقطر و اتانول جوشانده وخشک شدند. پیش ماده اسپری شامل مقدار مشخصی از کلرید قلع دو آبه - SnCl2.2H2O - با خلوص % 99 در 20 و50 و 80 ml اتانول حل شد. در روش اسپری با توجه به مواد شیمیایی به کار گرفته شده انتظار می رود لایه اکسید قلع طبق واکنش زیر تهیه شود :[5]
طیف XRD لایهها با استفاده از دستگاه پراش پرتو X مدل Bruker/d8advanced، تهیه شدند. الگوهای پراش پرتو X با استفاده از پرتو &X. با طول موج 0/154056 nm و زاویه 2 در گستره 20 تا70 درجه ثبت شد. از دستگاه FESEM مدل HITACHI S-4160 جهت بررسی مورفولوژی سطح نمونه ها و از دستگاه اسپکتروفوتومتر UV.Vis.,Shimadzo - 1800 برای سنجش طیف های عبور و جذب نوری نمونه ها در گستره طول موجی 300-1100 nm استفاده شده است.
در این تحقیق تغیرات حجم محلول به عنوان پارامتر متغیر به ازای 20، 50 و 80 ml در نظر گرفته شده و نمونه های مورد نظر به ترتیب با اسامی V1، V2 و V3 نامگذاری شده اند. سایر شرایط لایه نشانی در جدول 1 ارائه شده است.
جدول :1 شرایط لایه نشانی لایه های نازک اکسید قلع.
نتایج و بحث الف - مورفولوژی سطح
شکل 1 تصاویر مربوط به مورفولوژی سطح - ستون سمت
چپ - و نیز سطح مقطع عرضی - ستون سمت راست - نمونهها را در مقیاس های 500 nm و 1 μm نشان میدهد. چنانچه پیداست در هر سه نمونه دانه هایی به شکل چند وجهی همراه با اشکال ورقه ای بوده و با افزایش حجم محلول اسپری ابعاد آنها رو به افزایش گذارده اند. این ابعاد در نمونه های V1، V2 و V3
به ترتیب در حدود 100، 200 و 400 nm است که متناظر با گزارشات دیگر محققان می باشد
همچنین از تصاویر مقطع عرضی نمونهها ملاحظه میشود که با افزایش حجم محلول اسپری ضخامت لایهها به مرور رو به افزایش گذارده و از P 0/406 در نمونه V1 به 1/08 P در نمونه V2 و 1/547 P در نمونه V3 رسیده است.
شکل :1 تصاویر میکروسکوپ الکترونی روبشی نمونه های مورد بررسی.
ب - ویژگیهای ساختاری
این شیوه انتقال جهت ترجیحی، در گزارشات دیگر محققین نیز مشاهده شده است .
شکل :2 الگوی پراش پرتو ایکس - XRD - نمونه ها.
نتایج حاصل از این محاسبات در جدول 1 ارائه شده است. این نتایج گویای آن است که در بین این سه لایه، نمونه ی V2 از اندازه بلورک های بزرگتر و چگالی دررفتگی های بلوری کمتری
برخوردار است.
ج - خواص الکتریکی
جدول 2 مقادیر اندازه گیری شده وابسته به خواص الکتریکی
نمونه ها در آزمایش اثر هال و مقاومت ویژه الکتریکی شامل: مقاومت ویژه، تراکم الکترونی و تحرک پذیری الکترونی نمونه ها را که در پیکربندی وان در پاو اندازه گیری شده اند نشان می دهد. چنانچه ملاحظه می شود با افزایش حجم محلول اسپری به مرور از 20 P .FP در نمونه V1 به 4/2 P .FP در نمونه V2 و سرانجام به 3/3 P .FP در نمونه V3 کاهش یافته که غالبا متاثر از تغییرات تراکم الکترونی در لایه هاست. بدین ترتیب می توان دریافت که با افزایش حجم محلول اسپری، رسانندگی الکتریکی نمونه ها افزایش یافته اند. منشاء این رسانندگی به تشکیل تراز های شبه-بخشنده وابسته به تهیجاهای اکسیژن در نزدیکی لبه نوار رسانش نسبت داده می شود .
جدول :2 نتایج وابسته به خواص الکتریکی لایه های نازک.
د - ویژگی های اپتیکی
شکل 4 طیف های عبور و جذب لایههای مورد بررسی را نشان میدهد. با توجه به این نتایج ملاحظه می شود که نمونه V1 از بیشترین عبور - کمترین میزان جذب - و نمونه V3 از کمترین عبور - بیشترین میزان جذب - برخوردار است. این روند تغییرات در طیف ها، بهخوبی با روند افزایشی ضخامت و نیز رسانندگی الکتریکی لایه ها که منجر به تقویت خاصیت فلز-گونی نسبی - رسانندگی الکتریکی ناشی از افزایش تراکم الکترونی نسبی بالا - آنها می گردد، سازگار است.
